基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析

第27卷第4期岩石力学与工程学报V ol.27 No.4 2008年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2008基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析周德培，钟卫，杨涛(西南交通大学岩土工程系，四川成都 610031)摘要：充分利用地质资料建立正确的岩质边坡稳定性分析计算模型，对于获得正确的分析结果至关重要。

根据地质资料建立坡体结构，由此建立分析计算模型。

考虑到岩质边坡所经历的浅表生改造和受到自然营力作用而具有的特殊工程地质性质，坡体结构和现有岩体结构的概念存在较大差别，用这些差别来充实现有坡体结构的概念，由此建立的计算分析模型才能获得较为正确的稳定性分析结果。

首先对比坡体结构和岩体结构的不同之处，重点论述建立坡体结构应考虑的问题(即边坡所在岩体的浅表生改造特征)、自然营力对坡体浅层的作用程度和影响范围、坡体地质力学模型涉及的范围等；结合地勘资料建立坡体结构，在此坡体结构上既要能体现边坡所在岩体的地质结构特征，又要能反映其特殊工程地质性，例如组成坡体的岩性、节理裂隙特征、地下水和地表水的作用、结构面形状及其充填物、浅表生改造形迹、风化与卸荷性等；再由坡体结构建立用于稳定性分析的计算模型，确定模型范围、计算参数、主控结构面位置、可能的失稳破坏模式等，在此基础上选用合适的分析理论进行坡体的二维或三维稳定性分析就能得出较为合理的结果。

关键词：边坡工程；坡体结构；浅表生改造；自然营力；稳定性分析中图分类号：P 642 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)04–0687–09STABILITY ANALYSIS OF ROCKY SLOPE BASED ON SLOPESTRUCTURESZHOU Depei，ZHONG Wei，YANG Tao(Department of Geotechnical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan610031，China)Abstract：It is of great importance to obtain the reasonable results of stability analysis of rocky slope by using the engineering geological information to establish the correct calculation model. The model is performed based on the slope structures，which are established from geological information. There are many differences between slope structures and rock masses because rock mass of slope will be encountered with the epigenetic reformation and natural forces. The main difference is that rock mass of slope has the special engineering geological properties，such as traces of epigenetic reformation，the surface weathering，rock mass stress relaxation，erosion of surface water and so on. The rocky slope structure now only contains rock masses and its geological tectonic surfaces，and it will necessarily be enriched by these properties. The reasonable model of stability analysis for rocky slope may be obtained by the slope structure. Rocky slope structures will be first analyzed；and the differences can be obtained. Some key issues for the rocky slope structure，i.e. characteristics of the epigenetic reformation，the action scope of natural factors on slope and the boundary to establish geological mechanical model，are discussed. Many special engineering geological characteristics of slope rock mass，rock-soil slope examples，discontinuities，faults，groundwater，key slide surfaces，calculation parameters and so on can be achieved by the slope structures. The 2D收稿日期：2007–08–07；修回日期：2008–02–28基金项目：科技部社会公益研究专项资金项目(2001DIB20113)作者简介：周德培(1948–)，男，博士，1976年毕业于昆明工学院矿山机电专业，现任教授，主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。

E-mail：dpzhou@；zhou_48812@• 688 • 岩石力学与工程学报 2008年or 3D reasonable results of the stability analysis of slope structures are verified.Key words：slope engineering；slope structures；epigenetic reformation；natural factors；stability analysis1 引言目前岩质边坡稳定性的分析方法较多，陈祖煜等[1]对此作了较多论述。

可以归纳为两类，即定性分析和定量分析方法。

定性分析方法主要有工程类比法、图解法等[2]。

定量分析法主要有极限平衡分析法，例如Sarma法[3]、Bishop法[4]、Morgenstern-Price 法[5]、Spencer法[6]等，还有建立在塑性力学上、下限定理基础上的极限分析法，以及根据有限元、边界元、离散元等理论编制软件而进行的数值分析法。

在这些分析方中，考虑边坡岩体工程地质特征的程度和方式方法各不相同。

在定性分析方法中，主要考虑影响边坡稳定性的一些地质因素，如主控结构面、深大裂缝、地下水、不利结构面的位置等。

在定量分析中，应根据岩体地质条件建立分析计算模型，如果所建模型较为粗糙，计算参数取值不合理，稳定性分析结果则难以为设计人员所采纳。

目前人们对分析计算模型的建立也给予了足够重视，杨坤等[7～10]从岩体结构网络、三维可视化等角度探讨了岩体结构建模。

因此，要得到正确的稳定性分析结果，建立能正确描述边坡岩体工程地质特征的分析计算模型是至关重要。

为此，人们提出了边坡岩体的多种分类方法，例如按岩性分有岩浆岩边坡、沉积岩边坡、变质岩边坡等；按岩体结构分有块状结构边坡、层状结构边坡、碎裂状结构边坡和散体结构边坡等[11，12]。

在建模中人们也考虑了岩体内的控制性结构面、节理裂隙、断层等地质特征。

边坡岩体地质结构也简称坡体结构，与岩体结构有较大不同，坡体结构除了具有岩性和地质构造特征外，还具有临空面的特性，这使得它直接受到自然营力的作用，而造成坡面以下一定深度的岩体发生很大变化，例如风化、卸荷等。

过去人们在利用坡体结构建立分析计算模型时，主要考虑其岩性和地质构造特征，对于直接受自然营力作用而形成的临空特性研究不够。

实践表明，边坡岩体由于经历了地质上的浅表生改造和自然营力的作用，坡面以下一定深度范围内的岩体在岩性特别是地质结构上与深层岩体结构已很不相同，即具有特殊的地质特征。

充分利用浅层岩体的特殊地质特征而建立的计算模型，能获得较为正确的稳定性分析结果。

因此，本文提出按照坡体特殊地质特征充实坡体结构概念，按坡体结构对边坡岩体进行分类，再由此建立计算分析模型进行岩质边坡的稳定性分析。

2 岩体结构与坡体结构岩质边坡的工程地质特性与其所在岩体的工程地质特性密切相关，要建立边坡岩体的坡体结构首先应考虑所在岩体的岩体结构特性。

早在20世纪谷德振[13]就提出了“岩体结构”的概念，将复杂的岩体抽象为科学的结构类型加以研究，认为岩体结构控制了岩体的稳定性。

岩体结构是指结构面在岩体中的空间分布、组合规律及其所导致的岩体被切割状态。

岩体结构的主体是结构面，它是控制工程荷载作用下岩体的力学作用方式及其力学响应的主要因素之一，因而也在很大程度上决定了工程岩体的稳定性。

孙广忠[14]又进一步提出“岩体结构控制论”是岩体工程地质力学和岩体力学的基础理论，并全面、系统地以“岩体结构控制论”为依据建立了岩体变形、岩体破坏及岩体力学性质的基本规律，认为岩体内的结构面及其控制下形成的岩体结构控制着岩体的变形、破坏机制及其力学法则，从而建立了完整的岩体结构力学体系。

规范[15]给出了5种岩体结构类型，即整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构和散体状结构。

因此，岩体结构是介于区域地质结构和岩石结构之间的结构体，或者说是泛指一定范围内结构体与结构面组合形成的结构体，主要考虑结构体和结构面2个要素。

坡体结构是坡面以下一定范围内的岩体，对于工程边坡则是工程活动影响范围内岩体的地质结构面和岩石结构体以不同形式的相互组合。

坡体结构既具有边坡所在岩体的岩体结构特征，同时由于受自然营力的作用和浅表层的地质演变又具有特殊的工程地质性质。

目前，人们在建立坡体结构模型时主要考虑其岩体结构特征以及传统的边坡分类方法，对于坡体特殊的工程地质特性反映不够。

要获得合理的岩质边坡稳定性分析结果，建立可正确描述坡体工程地质特性的计算分析模型至关重要，可利用坡体结构建立计算分析模型。

为此，应按照坡体特殊地质性质充实坡体结构概念，主要考虑3个要素，即结构面、工程地质岩组和临空面。